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一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法

申请号 CN202011289138.X 申请日 2020-11-17 公开(公告)号 CN112177630A 公开(公告)日 2021-01-05
申请人 上海市机械施工集团有限公司; 发明人 裘水根; 孙林; 姜小强; 翁晨刚; 罗鑫; 黄炜焱; 徐佳乐; 张峥; 方华; 蔡异冰;
摘要 本 发明 提供了一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法。所述装置包括顶升设备和两 块 以上的垂直顶升分载梁;垂直顶升分载梁包括下弦弧板和第一 轨枕 板,下弦弧板与隧道内壁贴合,第一轨枕板与台车轨道的轨枕板在同一高度,两块以上的垂直顶升分载梁的圆弧形的端面依次连接组成底座机构,底座机构的径向宽度大于一环。垂直顶升分载梁可以与台车的轨枕板同时铺设,不用拉开台车再铺设垂直顶升分载梁,减小了盾构机的停机时间;两块以上的垂直顶升分载梁组成的底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片的宽度,可以把顶升设备所受的反 力 分散到多环隧道衬砌环管片上,防止隧道出现沉降。
权利要求

1.一种盾构隧道垂直顶升的装置,其特征在于,所述装置包括顶升设备和两以上的垂直顶升分载梁;
所述垂直顶升分载梁包括下弦弧板和第一轨枕板,所述下弦弧板的纵截面形状为圆弧形,所述圆弧形的弯曲程度与隧道内壁的弯曲程度相同,所述第一轨枕板沿平行于所述圆弧形的弦的方向设置在所述下弦弧板的开口位置
当所述垂直顶升分载梁放置在隧道内时,所述下弦弧板与所述隧道内壁贴合,所述下弦弧板的最低位置与所述隧道内的最低位置重合,所述下弦弧板关于所述下弦弧板的最低位置对称;所述第一轨枕板与所述下弦弧板的最低位置之间的距离等于盾构机的台车的第二轨枕板与所述下弦弧板的最低位置之间的距离;所述两块以上的垂直顶升分载梁的圆弧形的端面依次连接组成底座机构,所述底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片的宽度,所述径向宽度的延长线与所述隧道轴线方向平行,所述顶升设备安装在所述底座机构上。
2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置,其特征在于,所述垂直顶升分载梁还包括上弦板、腹板、肋板和隔板;所述腹板的一端与所述上弦板连接,另一端与所述下弦弧板连接;所述上弦板与所述第一轨枕板相互垂直且位于同一平面;所述肋板与所述腹板连接,所述肋板用于加固所述腹板和所述上弦板;所述隔板的一端与所述第一轨枕板连接,另一端与所述下弦弧板连接。
3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置,其特征在于,所述垂直顶升分载梁的径向宽度等于一环所述隧道衬砌环管片的宽度。
4.根据权利要求2所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置,其特征在于,所述垂直顶升分载梁的块数为5块、7块或9块,多块所述垂直顶升分载梁依次焊接组成所述底座机构,所述顶升设备安装在中间位置的所述垂直顶升分载梁上;中间位置的所述垂直顶升分载梁的肋板的密集程度大于位于两侧的所述垂直顶升分载梁的肋板的密集程度。
5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置,其特征在于,所述顶升设备包括四个主顶升千斤顶,四个所述主顶升千斤顶采用一个具有四个独立液压控制的同步液压站提供液压,并且四个所述主顶升千斤顶均设置行程仪,用于判断四个所述主顶升千斤顶是否同步顶进;四个所述主顶升千斤顶分别位于矩形的四个顶点位置。
6.根据权利要求5所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置,其特征在于,所述顶升设备还包括四个铰接千斤顶、第一管节和第二管节,所述第一管节和所述第二管节之间采用活动承插口式连接,所述四个铰接千斤顶环绕所述活动承插口均匀设置在所述活动承插口的内侧;每个所述铰接千斤顶的一端与所述第一管节的内壁连接,另一端与所述第二管节的内壁连接。
7.根据权利要求6所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置,其特征在于,所述顶升设备还包括止退机构,所述止退机构包括两个立柱、多根横档和两个止退插销,每个所述立柱上分别间隔设置多个所述横档,两个所述立柱上的横档的个数和高度相等;所述顶升设备包括多根标准管节和顶升架;四个所述主顶升千斤顶安装在所述顶升架内;两个所述立柱分别安装在所述顶升架的两侧,两个所述立柱之间的连线垂直隧道轴线方向;所述立柱的一端安装在所述垂直顶升分载梁上,另一端向隧道的顶部延伸;所述标准管节连接在所述第二管节的下方,每根所述标准管节和所述第二管节分别设置有两个止退槽,所述两个止退插销分别从两个所述立柱上的两个所述横档之间的间隙插入至所述两个止退槽中以固定所述标准管节或所述第二管节。
8.根据权利要求1所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置,其特征在于,所述顶升设备包括圆锥形预留闷盖,在所述预留闷盖上环绕所述预留闷盖的轴线对称设置多个冲孔,每个所述冲水孔中设置有单向阀,单向阀的流通方向由隧道内指向隧道外,所述预留闷盖的轴线位置设置有用于安装激光笔的安装口。
9.一种盾构隧道垂直顶升的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1、通过地面勘察和隧道内的土层粘度确定垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号和台车之间临时拆除连接板的目标连接板位置;
S2、盾构机推进到所述垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号时,安装预制的垂直顶升专用管片和隧道衬砌环管片组成的组合管片;
S3、当所述目标连接板与所述组合管片上下对齐时,所述盾构机停机保压,拆除所述目标连接板、送泥管路和排泥管路,并用临时管路分别接通拆除的所述送泥管路和所述排泥管路;
S4、对所述组合管片周边的土体进行注浆加固;
S5、在所述组合管片内安装权利要求1-8任一项所述的装置;
S6、利用所述装置进行垂直顶升。
10.根据权利要求9所述的一种盾构隧道垂直顶升的方法,其特征在于,所述步骤S5具体包括:
在所述组合管片内安装垂直顶升分载梁;
在所述垂直顶升分载梁上焊接楔形钢板和调平钢板,所述楔形钢板位于所述调平钢板和所述垂直顶升分载梁之间,所述调平钢板与水平面平行;
在所述调平钢板上安装顶升设备;
所述步骤S6具体包括:
利用预留闷盖内的冲水孔对所述垂直顶升专用钢管片上方的土体冲水,以减小所述顶升设备所受的压;其中,在垂直顶升过程中,当所述预留闷盖进入土体的深度小于或等于
5米时,采用主顶进千斤顶和铅垂线调节垂直顶升的垂直度;当所述预留闷盖进入土体的深度大于5米时,采用铰接千斤顶和激光笔调节垂直顶升的垂直度。

说明书全文

一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及盾构工程施工技术领域,特别涉及一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法。

背景技术

[0002] 随着城市基础设施建设技术的飞速发展,越来越多的管线通过地下隧道进行铺设。小直径盾构法作为对地面影响较小,受环境限制较小的施工工艺被越来越广泛地运用,常用来穿越江海等天堑。小直径盾构法的施工对象是隧道内径≤4m的隧道。
[0003] 长度≥4km的超长距离盾构隧道设置有多个测量点,测量传递误差大,在盾构进洞前必须经过专项进洞测量以达到隧道贯通的目的。垂直顶升是直接从隧道里面打出一个出地面的孔,通过该孔可以方便对隧道内坐标进行观测,是一种有效的超长距离盾构隧道进洞测量措施。盾构进洞测量要求垂直顶升垂直度达到可以使铅垂线无障碍悬挂至隧道内,使隧道内坐标可以在地面被直接观测。
[0004] 垂直顶升目前在大直径长距离盾构中已有应用,通常是在隧道内放置箱梁,然后在钢箱梁上安装顶升设备,但是在顶升过程具有垂直度难以控制和重复顶升的通病。而在小直径盾构中,垂直顶升施工难度更高。超长距离小直径盾构隧道尚缺乏单次掘进超过4km的工程实例。超长距离小直径盾构隧道具有隧道承载较小,垂直顶升设备布置更难,台车超长等特点。所以超长距离小直径盾构隧道垂直顶升还有以下难题未解决:
[0005] 1、盾构隧道由钢筋混凝土衬砌管片(简称管片)拼装而成,外侧土体压力(向心力)由每环管片承受,管片之间采用螺栓连接,隧道实为柔性结构。在垂直顶升过程中,隧道内受到局部较大反力时,大直径隧道由于其底部覆土面积大,隧道强度高,受到影响小;而小直径隧道其底部覆土面积小,隧道沉降大,隧道永久结构将受到不利影响,盾构隧道实际隧道坡度和隧道旋转控制难度较高,增加了垂直顶升的垂直度控制难度。
[0006] 2、超长距离小直径隧道专用盾构机的台车较长,达到150~200m,若考虑在台车后垂直顶升,则在垂直顶升点位和进洞工作井之间已经损失了150~200m的纠偏空间,不利于盾构进洞纠偏;若在台车之间采用台车临时断开并拉开的方式腾出空间再进行垂直顶升,盾构机完全停机险大,且台车在隧道内临时拉开后重新连接的难度高。若垂直顶升第一次失败,将带来第二次停机风险。

发明内容

[0007] 本发明提供了一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法,以解决盾构隧道在垂直顶升时隧道出现沉降、垂直度难控制或台车要拉开的技术问题。
[0008] 为解决上述技术问题,本发明提供了一种盾构隧道垂直顶升的装置,所述装置包括顶升设备和两以上的垂直顶升分载梁;
[0009] 所述垂直顶升分载梁包括下弦弧板和第一轨枕板,所述下弦弧板的纵截面形状为圆弧形,所述圆弧形的弯曲程度与隧道内壁的弯曲程度相同,所述第一轨枕板沿平行于所述圆弧形的弦的方向设置在所述下弦弧板的开口位置
[0010] 当所述垂直顶升分载梁放置在隧道内时,所述下弦弧板与所述隧道内壁贴合,所述下弦弧板的最低位置与所述隧道内的最低位置重合,所述下弦弧板关于所述下弦弧板的最低位置对称;所述第一轨枕板与所述下弦弧板的最低位置之间的距离等于盾构机的台车的第二轨枕板与所述下弦弧板的最低位置之间的距离;所述两块以上的垂直顶升分载梁的圆弧形的端面依次连接组成底座机构,所述底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片的宽度,所述径向宽度的延长线与所述隧道轴线方向平行,所述顶升设备安装在所述底座机构上。
[0011] 可选的,所述垂直顶升分载梁还包括上弦板、腹板、肋板和隔板;所述腹板的一端与所述上弦板连接,另一端与所述下弦弧板连接;所述上弦板与所述第一轨枕板相互垂直且位于同一平面;所述肋板与所述腹板连接,所述肋板用于加固所述腹板和所述上弦板;所述隔板的一端与所述第一轨枕板连接,另一端与所述下弦弧板连接。
[0012] 可选的,所述垂直顶升分载梁的径向宽度等于一环所述隧道衬砌环管片的宽度。
[0013] 可选的,所述垂直顶升分载梁的块数为5块、7块或9块,多块所述垂直顶升分载梁依次焊接组成所述底座机构,所述顶升设备安装在中间位置的所述垂直顶升分载梁上;中间位置的所述垂直顶升分载梁的肋板的密集程度大于位于两侧的所述垂直顶升分载梁的肋板的密集程度。
[0014] 可选的,所述顶升设备包括四个主顶升千斤顶,四个所述主顶升千斤顶采用一个具有四个独立液压控制的同步液压站提供液压,并且四个所述主顶升千斤顶均设置行程仪,用于判断四个所述主顶升千斤顶是否同步顶进;四个所述主顶升千斤顶分别位于矩形的四个顶点位置。
[0015] 可选的,所述顶升设备还包括四个铰接千斤顶、第一管节和第二管节,所述第一管节和所述第二管节之间采用活动承插口式连接,所述四个铰接千斤顶环绕所述活动承插口均匀设置在所述活动承插口的内侧;每个所述铰接千斤顶的一端与所述第一管节的内壁连接,另一端与所述第二管节的内壁连接。
[0016] 可选的,所述顶升设备还包括止退机构,所述止退机构包括两个立柱、多根横档和两个止退插销,每个所述立柱上分别间隔设置多个所述横档,两个所述立柱上的横档的个数和高度相等;所述顶升设备包括多根标准管节和顶升架;四个所述主顶升千斤顶安装在所述顶升架内;两个所述立柱分别安装在所述顶升架的两侧,两个所述立柱之间的连线垂直隧道轴线方向;所述立柱的一端安装在所述垂直顶升分载梁上,另一端向隧道的顶部延伸;所述标准管节连接在所述第二管节的下方,每根所述标准管节和所述第二管节分别设置有两个止退槽,所述两个止退插销分别从两个所述立柱上的两个所述横档之间的间隙插入至所述两个止退槽中以固定所述标准管节或所述第二管节。
[0017] 可选的,所述顶升设备包括圆锥形预留闷盖,在所述预留闷盖上环绕所述预留闷盖的轴线对称设置多个冲孔,每个所述冲水孔中设置有单向阀,单向阀的流通方向由隧道内指向隧道外,所述预留闷盖的轴线位置设置有用于安装激光笔的安装口。
[0018] 本发明还提供了一种盾构隧道垂直顶升的方法,所述方法包括以下步骤:
[0019] S1、通过地面勘察和隧道内的土层粘度确定垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号和台车之间临时拆除连接板的目标连接板位置;
[0020] S2、盾构机推进到所述垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号时,安装预制的垂直顶升专用钢管片和隧道衬砌环管片组成的组合管片;
[0021] S3、当所述目标连接板与所述组合管片上下对齐时,所述盾构机停机保压,拆除所述目标连接板、送泥管路和排泥管路,并用临时管路分别接通拆除的所述送泥管路和所述排泥管路;
[0022] S4、对所述组合管片周边的土体进行注浆加固;
[0023] S5、在所述组合管片内安装权利要求1-8任一项所述的装置;
[0024] S6、利用所述装置进行垂直顶升。
[0025] 可选的,所述步骤S5具体包括:
[0026] 在所述组合管片内安装垂直顶升分载梁;
[0027] 在所述垂直顶升分载梁上焊接楔形钢板和调平钢板,所述楔形钢板位于所述调平钢板和所述垂直顶升分载梁之间,所述调平钢板与水平面平行;
[0028] 在所述调平钢板上安装顶升设备;
[0029] 所述步骤S6具体包括:
[0030] 利用预留闷盖内的冲水孔对所述垂直顶升专用钢管片上方的土体冲水,以减小所述顶升设备所受的压力;其中,在垂直顶升过程中,当所述预留闷盖进入土体的深度小于或等于5米时,采用主顶进千斤顶和铅垂线调节垂直顶升的垂直度;当所述预留闷盖进入土体的深度大于5米时,采用铰接千斤顶和激光笔调节垂直顶升的垂直度。
[0031] 本发明提供的一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法,预制的垂直顶升分载梁可以与台车的轨枕板同时铺设,不用拉开台车再铺设垂直顶升分载梁,减小了盾构机的停机时间;两块以上的垂直顶升分载梁组成的底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片的宽度,可以把顶升设备所受的反力分散到多环隧道衬砌环管片上,防止隧道出现沉降;利用主顶升千斤顶和铰接千斤顶可以分别在顶升的前期和后期纠正顶升的垂直度,使垂直顶升一次性完成。本发明提供的一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法特别适用于长度≥4km且内径≤4m的超长距离小直径的盾构隧道的垂直顶升。附图说明
[0032] 图1是本发明一实施例提供的一种垂直顶升分载梁的纵截面结构示意图;
[0033] 图2是图1对应的俯视图;
[0034] 图3是本发明另一实施例提供的一种垂直顶升分载梁的纵截面结构示意图;
[0035] 图4是图3对应的俯视图,图4中肋板的密集程度小于图2中肋板的密集程度;
[0036] 图5本发明一实施例提供的台车在隧道内的构示意图;
[0037] 图6本发明一实施例提供的垂直顶升分载梁安装在隧道衬砌环管片内的结构示意图;
[0038] 图7发明一实施例提供的5块顶升分载梁拼装在一起用于顶升的结构示意图;
[0039] 图8是本发明一实施例提供的一种垂直顶升过程中的示意图;
[0040] 图9是本发明一实施例提供的一种垂直顶升分载梁中设置的注浆孔的示意图;
[0041] 图10是本发明一实施例提供的一种顶升架的结构示意图;
[0042] 图11是图10对应的左视图;
[0043] 图12是图10对应的俯视图;
[0044] 图13是图10对应的C-C视图;
[0045] 图14是本发明一实施例提供的一种垂直顶升过程中的结构示意图;
[0046] 图15是图14中标准管节穿过垂直顶升专用钢管片的局部放大图;
[0047] 图16是本发明一实施例提供的一种止退架的结构示意图;
[0048] 图17是图16的左视图;
[0049] 图18是图16的俯视图;
[0050] 图19是本发明一实施例提供的一种垂直顶升过程中的结构示意图;
[0051] 图20是本发明一实施例提供的一种垂直顶升专用钢管片和隧道衬砌环管片组合管片的结构示意图;
[0052] 图21是本发明一实施例提供的一种预留闷盖、第一管节和第二管节连接后的结构示意图;
[0053] 图22是本发明一实施例提供的一种第二管节和标准管节连接后的结构示意图。
[0054] [附图标记说明如下]:
[0055] 1-垂直顶升分载梁,101-下弦弧板,102-第一轨枕板,1021-中间轨枕板,1022-两边轨枕板,103-上弦板,104-腹板,105-肋板,106-隔板,107-吊装孔,108-注浆槽,109-镂空空间,h-垂直顶升分载梁的高度,b-垂直顶升分载梁的径向宽度,d-下弦弧板对应的直径;
[0056] 2-顶升设备,201-第一管节,202-第二管节,2021-止退槽,203-标准管节,204-顶升架,2041-顶升架底座,2042-传力板,2043-连接杆,2044-加强筋板,205-止退架,2051-8号槽钢,2052-10号槽钢,206-主顶升千斤顶,207-止退插销,208-预留闷盖,2081-冲水孔,2082-安装激光笔的安装口,209-铰接千斤顶;
[0057] 3-隧道衬砌环管片,301-注浆孔;4-垂直顶升专用钢管片;5-台车;6-台车轨道;7-调平钢板;8-径向水平线;9-隧道实际坡度;10-楔形密封橡胶圈;11-扎兰;12-圆形橡胶密封圈;13-压环;14-螺旋紧固压环;15-聚酯注入口;16-300mm替顶;17-400mm替顶;18-400mm替顶;19-加固后的土体;20-双道橡胶密封圈;21-防脱插销。

具体实施方式

[0058] 为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图对本发明提出的一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0059] 如图1-7所示,本实施例提供了一种盾构隧道垂直顶升的装置,所述装置包括顶升设备2和两块以上垂直顶升分载梁1。所述垂直顶升分载梁1包括下弦弧板101和第一轨枕板102,所述下弦弧板101的纵截面形状为圆弧形,所述圆弧形的弯曲程度与隧道内壁的弯曲程度相同,所述第一轨枕板102沿平行于所述圆弧形的弦的方向设置在所述下弦弧板101的开口位置;当所述垂直顶升分载梁1放置在隧道内时,所述下弦弧板101与所述隧道内壁贴合,所述下弦弧板101的最低位置与所述隧道内的最低位置重合,所述下弦弧板101关于所述下弦弧板101的最低位置对称;所述第一轨枕板102与所述下弦弧板101的最低位置之间的距离等于盾构机的台车5的第二轨枕板与所述下弦弧板101的最低位置之间的距离,即所述第一轨枕板102与所述第二轨枕板位于同一平面上;所述两块以上的垂直顶升分载梁1的圆弧形的端面依次连接组成底座机构,所述底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片
3的宽度,所述径向宽度的延长线与所述隧道轴线方向平行,所述顶升设备2安装在所述底座机构上。
[0060] 其中,所述垂直顶升分载梁1相当于顶升设备2的底座,该底座用于分散顶升设备2受到的压力;所述下弦弧板101的纵截面是指沿垂直于隧道轴线方向的截面,隧道轴线方向即隧道延伸方向;径向宽度是指沿平行于隧道轴线方向的尺寸,即图4中垂直顶升分载梁的径向宽度b表示的尺寸;所述第一轨枕板102可以作为所述第二轨枕板使用,即可以在所述第一轨枕板102和所述第二轨枕板上安装台车5的台车轨道6。
[0061] 本实施例提供的一种盾构隧道垂直顶升的装置,预制的垂直顶升分载梁1可以与台车5的轨枕板(即第二轨枕板)同时铺设,不用拉开台车5再铺设垂直顶升分载梁1,减小了盾构机的停机时间;两块以上的垂直顶升分载梁1组成的底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片3的宽度,可以把顶升设备2所受的反力分散到多环隧道衬砌环管片3上,防止隧道出现沉降。本实施例提供的一种盾构隧道垂直顶升的装置特别适用于长度≥4km且内径≤4m的超长距离小直径的盾构隧道的垂直顶升。
[0062] 可选的,如图1-2所示,所述垂直顶升分载梁1还包括上弦板103、腹板104、肋板105和隔板106;所述腹板104的一端与所述上弦板103连接,另一端与所述下弦弧板101连接;所述上弦板103与所述第一轨枕板102相互垂直且位于同一平面;所述肋板105与所述腹板104连接,所述肋板105用于加固所述腹板104和所述上弦板103;所述隔板106的一端与所述第一轨枕板102连接,另一端与所述下弦弧板101连接。设置上弦板103、腹板104、肋板105和隔板106可以提高垂直顶升分载梁1的强度,防止变形
[0063] 可选的,如图3-6所示,所述垂直顶升分载梁1的径向宽度等于一环所述隧道衬砌环管片3的宽度。这样设计可以方便标准化制作预制的垂直顶升分载梁1,并且方便在隧道内移动和安装垂直顶升分载梁1。在其它实施例中,垂直顶升分载梁1的径向宽度也可以略小于或略大于一环隧道衬砌环管片3的宽度。
[0064] 可选的,如图2、图4和图7所示,所述垂直顶升分载梁1的块数为5块、7块或9块,多块所述垂直顶升分载梁1依次焊接组成所述底座机构,所述顶升设备2安装在中间位置的所述垂直顶升分载梁1上;中间位置的所述垂直顶升分载梁1的肋板105的密集程度大于位于两侧的所述垂直顶升分载梁1的肋板105的密集程度。这样设计可以提高中间位置的垂直顶升分载梁1的强度,两侧的垂直顶升分载梁1对称设置,可以均匀的分散反力,反力指顶升机构受到的向下作用力。
[0065] 作为一个具体的实施例,如图1-9所示,垂直顶升分载梁1可采用钢结构制作,垂直顶升分载梁的高度h等于隧道内缘最低点至台车5行走轨道底面的高差h,台车5行走轨道底面即所述第二轨枕板的上表面;垂直顶升分载梁的径向(隧道轴线方向)宽度b等于一环隧道衬砌环管片3宽度b;垂直顶升分载梁1的下弦弧板101可以采用整块钢板卷成,隧道的纵截面通常为圆形,下弦弧板101的纵截面形状可以为圆形上的一段圆弧,该段圆弧对应的直径即下弦弧板101对应的直径d与盾构隧道内径d相等,以保证下弦弧板101与盾构隧道完全贴合,使传力均匀;上弦板103采用2条400mm宽的钢板,上弦板103与下弦弧板101采用2块对称腹板104焊接连接,每一块预制拼装式垂直顶升分载梁1的中间采用200mm宽的中间轨枕板1021及两边采用100mm宽的两边轨枕板1022将下弦弧板101、上弦板103、腹板104连接成整体,所述第一轨枕板102包括所述200mm宽轨枕板和所述100mm宽轨枕板;所述第一轨枕板102作为台车5轨道的固定轨枕板使用,并且具有加强分载梁整体稳定性的作用;每一块预制拼装式垂直顶升分载梁1中间轨枕板103下方采用隔板106与下弦弧板101焊接连接,正中间预留吊装孔107,便于盾构推进时预制拼装式垂直顶升分载梁1的安装;每一块预制拼装式垂直顶升分载梁1的下弦弧板101和中间轨枕板103的中心和两侧预留注浆槽108,该注浆槽108位置根据隧道衬砌环管片3的预留注浆孔301的分布位置确定,便于垂直顶升前对土体进行分层注浆施工,以达到垂直顶升段隧道地基加固以保护隧道的目的;腹板104两侧采用肋板105加强,其中位于垂直顶升设备2正下方的肋板105加密布置;上弦板103、下弦弧板
101、第一轨枕板102均可采用厚度为15~20mm厚钢板,腹板104、肋板105、隔板106均可采用
10~15mm厚钢板;上弦板103与第一轨枕板102交叉形成的上部镂空空间109,在预制拼装式垂直顶升分载梁1分块安装后可以通过焊接成为连通的整体。
[0066] 预制拼装式垂直顶升分载梁1可以为5块,中间一块安装顶升设备2。在盾构推进过程中分块安装,安装时单块预制拼装式垂直顶升分载梁1与通用隧道衬砌环中心对中心安放,每安装一块,通过上弦板103和第一轨枕板102之间的镂空空间109将块和块之间的上弦板103、腹板104、下弦弧板101满焊连接。
[0067] 如图8所示,考虑到盾构隧道实际上具有径向坡度和隧道拼装旋转,径向水平线8和9-隧道实际坡度9所在的直线相交,而预制拼装式垂直顶升分载梁连接后与隧道实际坡度9一致,在垂直顶升设备2下方还需要用20mm厚钢板和小度三角形钢楔子制作调平钢板7,使顶升设备2水平放置。
[0068] 可选的,如图10-14所示,所述顶升设备包括四个主顶升千斤顶206,四个所述主顶升千斤顶206采用一个具有四个独立液压控制阀的同步液压泵站提供液压,并且四个所述主顶升千斤顶206均设置行程仪,用于判断四个所述主顶升千斤顶206是否同步顶进;四个所述主顶升千斤顶206分别位于矩形的四个顶点位置。
[0069] 本实施例采用四个100吨的同步主顶升千斤顶206和整体式顶升架204组成,四个主顶升千斤顶206分别位于矩形的四个顶点位置,即四个主顶升千斤顶206前后左右对称布置,具有径向和左右四个方向的垂直度调控能力。
[0070] 顶升架204可以采用钢板加工制作,高度1630mm,长度1240mm(垂直于隧道径向,隧道径向及隧道轴线方向),宽度800mm(平行于隧道径向),径向空间可满足直径750mm以内顶升管节安装,顶升架底座2041采用高260mm的钢箱体,千斤顶传力板2042上部具有加强筋板2044,四个千斤顶传力板2042之间采用连接杆2043连接,使顶升架204具有足够的刚度和强度,满足300吨级的垂直顶升力下不发生较大变形。
[0071] 如图14所示,本实施例设置3个替顶,分别为1个高为300mm替顶16、2个高为400mm替顶17和18。替顶采用φ750mm的无缝钢管加工而成,替顶的顶面和底面采用与无缝钢管同厚度钢板焊接而成。
[0072] 可选的,如图21所示,所述顶升设备还包括四个铰接千斤顶209、第一管节201和第二管节202,所述第一管节201和所述第二管节202之间采用活动承插口式连接,所述四个铰接千斤顶209环绕所述活动承插口均匀设置在所述活动承插口的内侧;每个所述铰接千斤顶209的一端与所述第一管节201的内壁连接,另一端与所述第二管节202的内壁连接。
[0073] 第一管节201与第二管节202之间可以采用双道密封的活动承插口式连接,双密封采用天然橡胶圈,中间填充凡士林。第一管节201与第二管节202连接处内壁前后左右十字型均匀安装四个10吨的液压千斤顶,即四个铰接千斤顶209,铰接千斤顶209具有行程仪且采用四个可以独立控制液压阀的同步液压泵站控制,在垂直顶升中后期,可以根据激光笔指示的垂直度偏差方向分别开启四个铰接千斤顶209,使垂直顶升垂直度在可控范围之内。
[0074] 可选的,如图16-19和图22所示,所述顶升设备还包括止退机构,所述止退机构包括两个立柱、多根横档和两个止退插销207,每个所述立柱上分别间隔设置多个所述横档,两个所述立柱上的横档的个数和高度相等;所述顶升设备2包括多根标准管节203和顶升架204;四个所述主顶升千斤顶206安装在所述顶升架204内;两个所述立柱分别安装在所述顶升架204的两侧,两个所述立柱之间的连线垂直隧道轴线方向;所述立柱的一端安装在所述垂直顶升分载梁1上,另一端向隧道的顶部延伸;所述标准管节203连接在所述第二管节202的下方,每根所述标准管节203和所述第二管节202分别设置有两个止退槽2021,所述两个止退插销207分别从两个所述立柱上的两个所述横档之间的间隙插入至所述两个止退槽
2021中以固定所述标准管节203或所述第二管节202。
[0075] 止退机构将顶升管节的后退力传递至预制拼装式垂直顶升分载梁1上,避免了隧道顶部管片受力,确保隧道管片拼装成环的柔性连接不被破坏。
[0076] 止退机构包括两个立柱,每个立柱可采用4根8号槽钢2051对称布置于顶升架204长度方向(垂直于隧道径向)的两侧,立柱中间具备使顶升架204连接杆2043上下滑动的空间;止退架205沿隧道径向从底部向顶部每200mm设一档10号槽钢2052作为横档,采用止退钢管插销(即止退插销207)可以将顶升管节卡住,防止垂直顶升管节后退;立柱的底部和顶部垂直于隧道径向方向并采用8号槽钢连接成整体。
[0077] 当垂直顶升分载梁1上有调平钢板7时,立柱底部与调平钢板7满焊连接,并采用8号槽钢与两侧预制拼装式垂直顶升分载梁1连接以加强其稳定性。
[0078] 垂直顶升用标准管节203可采用15mm厚无缝钢管加工而成,钢管切割面平整度要求不大于1mm,标准管节203长度1m,承插口长度突出管节100mm,采用双道橡胶密封圈20止水以达到垂直顶升管在土层中防水效果,为防止垂直顶升过程中承插口松脱,在承插口四周对称位置设置止退插销207;为避免插销松动造成垂直顶升整体出现偏斜,在垂直顶升承插口安装完毕止退插销207后,在连接口环向均匀采用8~10处点焊焊接,增加垂直顶升管的整体刚性和垂直度。
[0079] 第二管节202和标准管节203底部向上200mm位置具有一个深50mm、直径100mm的止退承插槽(即止退槽2021),利用该止退槽2021和止退插销207可以将管节卡在立柱上,防止垂直顶升管节后退。
[0080] 可选的,如图20-21所示,所述顶升设备2包括圆锥形预留闷盖208,在所述预留闷盖208上环绕所述预留闷盖208的轴线对称设置多个冲水孔2081,每个所述冲水孔2081中设置有单向阀,单向阀的流通方向由隧道内指向隧道外,所述预留闷盖208的轴线位置设置有用于安装激光笔的安装口2082。
[0081] 在圆锥型闷盖顶部可以对称预留4个1寸的冲水孔2081,冲水孔2081均设置单向球阀,使垂直顶升过程中,预留闷盖208具有向外冲高压水的功能,以消减地层分布不均对垂直顶升正面压力的影响,从而提高垂直顶升垂直度的控制质量。预留闷盖208中心需精加工预留激光笔安装口,采用激光笔确定垂直度,可以避免长距离垂直顶升铅锤线接长的质量和安全风险,提高垂直度控制的施工效率。第一管节201可以与预留闷盖208螺栓连接。
[0082] 如图14-15所示,垂直顶升专用钢管片4预留的顶升孔和闷盖之间有一道楔形密封橡胶圈10,预留顶升孔直径为D,垂直顶升管直径d=D-10mm,使垂直顶升管与预留顶升孔之间存在一定的活络度,在隧道轴线和旋转具有施工误差时,可以通过调节四个主顶升千斤顶206的行程来控制垂直顶升的始发垂直度。
[0083] 垂直顶升顶进过程中的施工止水,在所述楔形密封橡胶圈10的基础上,采用扎兰11将2道圆形橡胶密封圈12、中间夹一道压环13、螺旋紧固压环14套在垂直顶升管外围并固定于垂直顶升专用钢管片4上,通过螺旋紧固压环的螺栓拧紧,可以挤压圆形橡胶密封圈12变形,具有垂直顶升施工止水的作用。扎兰11预留有聚氨酯注入口14,在拧紧螺栓无法止水的情况下,可以注入聚氨酯以到达止水效果。
[0084] 基于与上述一种盾构隧道垂直顶升的装置相同的技术构思,本实施例还提供了一种盾构隧道垂直顶升的方法,所述方法包括以下步骤:
[0085] S1、通过地面勘察和隧道内的土层粘度确定垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号和台车之间临时拆除连接板的目标连接板位置。
[0086] 可选的,通常选择黏土层、测量人员方便测量、距离进洞口200~400米的位置作为垂直顶升位置,这样方便测量数据且能及时纠正盾构机的推进轨迹。
[0087] S2、盾构机推进到所述垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号时,安装预制的垂直顶升专用钢管片和隧道衬砌环管片组成的组合管片。
[0088] S3、当所述目标连接板与所述组合管片上下对齐时,所述盾构机停机保压,拆除所述目标连接板、送泥管路和排泥管路,并用临时管路分别接通拆除的所述送泥管路和所述排泥管路。
[0089] S4、对所述组合管片周边的土体进行注浆加固。
[0090] 可以采用分层注浆的方式对土体进行加固,利用预制垂直顶升分载梁预留注浆孔和管片预留注浆孔,对隧道周围土体进行分层注浆加固,注浆采用水泥-水玻璃双液浆加固,使隧道地基土体得到快速加固。加固范围为隧道底部下半圆外圆弧以外0~2m土体。分层注浆浆液配比可以参考下表:
[0091]
[0092] 可以再加入适量的促进剂,甲、乙两液配比(体积比按1:1)由现场试验,初凝时间为10-20分钟,必要时只需30-60秒。上述浆液配比仅考虑注浆为一次性施工,如注浆孔需多次打开重复,应适当降低水玻璃用量或采用单液浆,以保证再次注浆时注浆孔能顺利被打开。
[0093] 依据浆液具体配比,分别配置甲液、乙液,按比例混合后,立即注浆;以保证混合液通过最短注浆管、最短时间内注入土体,避免管内凝固
[0094] 分层注浆施工步骤包括:
[0095] S41、在管片的注浆孔上安装防喷装置,通过防喷装置打穿注浆孔,将注浆管打入设计位置,并安装球阀。
[0096] S42、接好注浆管路和压力传感器
[0097] S43、启动拌浆机,进行拌浆。
[0098] S44、在注浆的同时压入水玻璃。
[0099] S45、分层每次注三分钟左右,加固土体15cm范围启拔注浆管一次15cm,实施分层注浆,最终得到加固后的土体19。
[0100] S46、注浆结束先关闭管片注浆孔上的球阀,再拆除管路。
[0101] 垂直顶升需在注浆完成7天以后进行,以保证地基加固效果。
[0102] S5、在所述组合管片内安装所述一种盾构隧道垂直顶升的装置。此步骤中需要打开垂直顶升专用钢管片4中的盖板,将第一节管节通过螺栓连接于垂直顶升预留闷盖208上,将高压冲水管与预留单向阀连接,并安装激光笔。S6、利用所述装置进行垂直顶升。
[0103] 在顶升设备2就位后,即准备垂直顶升的开始工作,将标准管节203运进顶升架204中。吊垂线以校核激光笔偏差,确定初始垂直度是否符合要求。
[0104] 在顶升过程中,顶升第一管节201时打开少量高压水以冲破垂直顶升专用钢管片4外围土体,第一管节201以慢顶为主,控制好垂直度以及水平度,确保形成一个顶升的良好轨迹;
[0105] 连续顶升采用冲水顶进,减少正面阻力,利于控制初始顶升垂直度。
[0106] 在第一管节201顶升到位后,即用第二节管底部的止退承插槽利用止退钢管插销可以将管节和止退架205卡主,防止垂直顶升管节后退。同时开始将后续的管节放置至顶升位置,主顶升千斤顶206整体抬升至上节承插口处进行连接工作,承插口通过防脱插销21连接并在外部均匀点焊,再对止退承插槽空腔进行粘贴橡胶填充块封堵,而后进行后续管节顶升。
[0107] 四个主顶进千斤顶可分别控制顶升高度,在初始5节管节顶进时,根据铅锤线和激光笔校核垂直度,利用主顶进千斤顶控制纠偏,使管节具有较好的初始垂直度。在6节以上的管节顶升过程中,主顶进千斤顶对顶升管的纠偏作用已经较弱,根据激光笔指示的垂直度偏差方向开启四个铰接千斤顶209,使垂直顶升垂直度在可控范围之内。
[0108] 垂直顶升施工中技术措施及控制要点如下:
[0109] 1、开始顶升时由于闷板、第一管节201与楔形橡胶密封圈之间有一定摩阻力,顶力可能较大,此时应定液压泵站溢流阀将总顶力控制在限制范围内,若超出设计顶力,需进行采取措施后方可顶升,例如给主顶升千斤顶206增加润滑油
[0110] 2、始顶升时应控制顶力,逐渐加大顶力,在启动后可适当减少油压,尽量使四个主顶升千顶均匀受力。顶升施工过程中,主顶升千斤顶206同步顶升。主顶升千斤顶206的行程在允许条件下尽可能长,以减少操作的往返次数。
[0111] 3、在初顶阶段应密切注意,若发现竖管垂直度略有偏差应及时调整总顶力作用点,确保竖管垂直度。在顶升后期,主顶升千斤顶206的纠偏作用较弱,此时需根据激光笔的偏差方向指示,计算相应偏差率,打开铰接千斤顶209引导纠偏。
[0112] 4、管节止退采用管节上的预留止退承插槽,该止退承插槽经过止水环时可能出现渗漏,需在下一节管节安装完成后,采用胶水贴预制橡胶块填充。
[0113] 5、当管节顶升一定高度,须注意垂直顶升顶力,若反力大于一定数值应继续顶升10~20cm,静止5分钟后,回缩主顶升千斤顶206 10~20cm,此时静止反力会降下来。当静止反力小于一定数值(如小于10吨)时再加替顶,回缩主顶升千斤顶206,安装下一节管节。
[0114] 按照以上工序,逐节循环顶进直至最后一节标准管节203,焊接临时固定措施,准备进洞测量工作。然后利用垂直顶升管露出地面设置一个支点,掉1.5mm粗钢丝绳进入隧道内,确保中间无障碍干扰,捏稳铅锤线后,通过地面全站仪测钢丝绳上的贴片的坐标,该坐标即为隧道内相应位置的实际坐标,可利用该坐标修正盾构机自动测量参数,达到进洞目的。
[0115] 测量完成后,在垂直顶升管底部内部焊接一圈钢板,从顶升管顶部浇筑微膨胀防水混凝土,对隧道外进行土体水泥-水玻璃双液注浆加固,待注浆凝固后拆除扎兰11和临时止水机构,将露出隧道内的多余钢管割除,安装封板。
[0116] 本实施例提供的一种盾构隧道垂直顶升的方法,预制的垂直顶升分载梁1可以与台车5的第二轨枕板同时铺设,不用拉开台车5再铺设垂直顶升分载梁1,减小了盾构机的停机时间;两块以上的垂直顶升分载梁1组成的底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片3的宽度,可以把顶升设备2所受的反力分散到多环隧道衬砌环管片3上,防止隧道出现沉降。本实施例供的一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法特别适用于长度≥4km且内径≤4m的超长距离小直径的盾构隧道的垂直顶升。
[0117] 可选的,所述步骤S5具体包括:在所述组合管片内安装垂直顶升分载梁1;在所述垂直顶升分载梁1上焊接楔形钢板和调平钢板7,所述楔形钢板位于所述调平钢板7和所述垂直顶升分载梁1之间,所述调平钢板7与水平面平行;在所述调平钢板7上安装顶升设备2。设置调平钢板7可以是顶升设备2水平放置,提高顶升孔的垂直度。
[0118] 可选的,所述步骤S6具体包括:利用预留闷盖内的冲水孔对所述垂直顶升专用钢管片上方的土体冲水,以减小所述顶升设备所受的压力;其中,在垂直顶升过程中,当所述预留闷盖进入土体的深度小于或等于5米时,采用主顶进千斤顶和铅垂线调节垂直顶升的垂直度;当所述预留闷盖进入土体的深度大于5米时,采用铰接千斤顶和激光笔调节垂直顶升的垂直度。在垂直顶升的前期(即预留闷盖进入土体的深度小于或等于5米),主顶升千斤顶对垂直顶升的垂直度具有较好的调节效果,随着顶升深度的增加主顶升千斤顶的调节效果逐渐降低,在垂直顶升的后期(即预留闷盖进入土体的深度大于5米)需要利用铰接千斤顶对垂直顶升的垂直度进行调节,从而提高垂直顶升的垂直度,使垂直顶升一次性完成。
[0119] 作为一个具体施工案例,本施工案例采用小直径泥水平衡盾构机(直径4110mm)进行推进,隧道长度达到8.237km,隧道外径3960mm,内径仅3400mm,隧道用于安装超高压天燃气管道。垂直顶升点位1处,距离进洞口200m,盾构台车5长度200m,选择在台车5的70m处临时拆除连接板,保留大部分盾构机功能的前提下,停机垂直顶升,垂直顶升一次性完成。
[0120] 综上所述,本发明提供的一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法,预制的垂直顶升分载梁1可以与台车5的轨枕板同时铺设,不用拉开台车5再铺设垂直顶升分载梁1,减小了盾构机的停机时间;两块以上的垂直顶升分载梁1组成的底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片3的宽度,可以把顶升设备2所受的反力分散到多环隧道衬砌环管片3上,防止隧道出现沉降;利用主顶升千斤顶206和铰接千斤顶209可以分别在顶升的前期和后期纠正顶升的垂直度,使垂直顶升一次性完成。本发明提供的一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法特别适用于长度≥4km且内径≤4m的超长距离小直径的盾构隧道的垂直顶升。
[0121] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于本发明的权利要求书的保护范围。